最新计算机控制系统试题

计算机控制系统试题（A卷）

分析说明或计算下列各题：

1.画出计算机控制系统的方框图，并分别说明各单元的作用。(15

分)

2.写出数字PID位置型和增量型控制算法的计算式，并比较两种算

法的优缺点。(15分)

3.在数字PID中，采样周期T的选择需要考虑哪些因素？(15分)

4.已知被控对象的传递函数，采样周期T=0.1s，

采用零阶保持器，单位负反馈系统。要求针对单位阶跃输入信号设计最少拍无纹波系统的，并计算输出响应和控制信号

序列。（0.368）(15分)

5.被控对象的脉冲传函，采样周期

T=1s，试用达林算法设计τ＝2s的，对于单位阶跃输入的数字控

制器D(z)，并计算输出响应和控制信号序列。（

0.607）(15分)

6.动态矩阵控制算法为何只能适用于渐近稳定的对象？对模型时

域长度N有什么要求？若N取得太小会有什么问题？(10分)

7.说明计算机控制网络的特点以及控制网络与信息网络的区别。

(15分)

附录常用Z变换表

计算机控制系统试题答案（A卷）

1．答：

计算机控制系统的基本框图如下：

（8分）

①测量变送器：测量被控对象的控制参数，并变换成一定形式的电信

号；（1分）

②A/D转换器：将电信号转换成数字信号反馈给计算

机；（1分）

③控制器：将反馈信号与给定值信号进行比较，得到的偏差信号按照一定

的控制算法输出数字控制信

号；

（2分）

④D/A转换器：将数字控制信号转换为模拟控制信号驱动执行

器；（1分）

⑤执行机构：接受模拟控制信号，改变被控对象的控制参数

值；（1分）

⑥被控对象：工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器

等。（1分）

2．答：

位置型PID算法：

（3分）

增量型PID算法：

（

3

分

）

位置型PID算法与增量型PID算法比较：

①增量型算法不需要做累加，计算误差或计算精度问题，对控制量的计算

影响较小。而位置型算法要用到过去误差的所有累加值，容易产生大的

累加误差。（3分）

②增量型算法得出的是控制量的增量，误动作影响小，而位置型算法的输

出是控制量的全量输出，误动作影响

大。

（3分）

③采用增量型算法，由于算式中不出现项，则易于实现手动到自动的无

冲击切换。（3分）

3．答：采样周期T的选择应考虑如下因素：

①要满足香农定

理；

（3分）

②采样周期要小，离散接近连

续；

（2分）

③采样周期应比对象的时间常数小得

多；

（2分）

④采样周期应远小于对象扰动信号的周期，一般使扰动信号周期与采样周期成整数倍关系；（2分）

⑤当系统纯滞后占主导地位时，应尽可能使纯滞后时间接近或等于采样周期的整数倍；（2分）

⑥如果执行器的响应速度比较慢，那么采样周期过小将失去意

义；（2分）

⑦采样周期的下限是使计算机完成采样、运算和输出三件工作所需要的时间（对单回路而言）。（2分）

4．答：

T=0.1s，被控对象的Z传递函数为：

（3分）

针对单位阶跃输入信号，按最少拍无纹波设计有：

（4分）

则：

（2分）

输入为单位阶跃信号时，输出的Z变换为：

（2分）

输出序列为：0，0.582，1，1，…，能收敛于阶跃函

数；（1分）控制的Z变换为：

（2分）

控制序列为：1.58，－0.58，0，0，…，显然控制序列收

敛。（1分）

5．解：广义被控对象：

如果期望的闭环脉冲传函为时间常数的一阶惯性环节，并带有N=1个采样周期的纯滞后，

则

（3分）控制器的脉冲传递函数为：

（3分）

闭环系统输出：

控制器的输出：

可以看出控制量输出有大幅度的摆动，为消除振铃现象，将控制器极点多项式中(1+0.6065z-1)

（2分）

项改为1.6065，由此可得数字控制器：

（2分）

这样，脉冲传递函数变为：

（2分）

在单位阶跃输入时，输出值的脉冲传递函数变为：

控制器的输出为：

可见，振铃现象基本消

除。

（3分）

6．答：

①动态矩阵控制算法的预测模型是从被控对象的阶跃响应出发，通过一系

列动态系数进行描述的，而且系数的长度是有限的；用一组有

限的系数来描述，那么在有限系数之外的部分则可不计，这就要求对象

是渐近稳定的对

象。（3分）

②在一般情况下，N的选择应使的值与阶跃响应的静态终值之

差具有与测量误差、计算误差有相同的数量级，以至在实际上可以忽

略。（4分）

③若N取得太小，将不能覆盖系统动态的主要变化部分，会使预

测的结果不准确。

（3分）

7．答：

计算机控制网络的特点如

下：

（7分）

①要求有高实时性和良好的时间确定性；

②传送的信息多为短帧信息，且信息交换频繁；

③容错能力强，可靠性、安全性好；